HashMap是基于Map的鍵值對映射表，底層是通過數組、鏈表、紅黑樹（JDK1.8加入）來實現的。

HashMap結構

HashMap中存儲元素，是將key和value封裝成了一個Node，先以一個Node數組的來存儲，通過key的hashCode來計算hash值，根據hash值和HashMap的大小確定存入元素在數組中的位置。當hashCode相同時，即產生了相同的數組索引位置，那么就會通過單向鏈表的形式來繼續存儲。

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next;Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {this.hash = hash;this.key = key;this.value = value;this.next = next;}// 省略部分代碼... }復制代碼

HashMap中所有的映射都保存在節點Node中，同時為了解決發生hash碰撞的沖突，節點可以持有下一個節點的引用，以形成一個單向鏈表。

HashMap結構圖（JDK1.7及之前）

在JDK1.8，HashMap又做了一些改動，當數組table某個索引位置的上鏈表的長度大于8的話，則會將鏈表轉化為紅黑樹。

static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {TreeNode<K,V> parent; // red-black tree linksTreeNode<K,V> left;TreeNode<K,V> right;TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletionboolean red;TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {super(hash, key, val, next);}// 省略部分代碼... }復制代碼

同樣地，映射的key-value就保存在TreeNode中。parent、left、right持有相應節點的引用形成紅黑樹。

HashMap結構圖（JDK1.8）

HashMap源碼分析

主要屬性：

transient Node<K,V>[] table; // 數組 transient int size; // 大小 int threshold // 擴容閾值 final float loadFactor; // 加載因子，默認值為0.75復制代碼

構造方法：

// 使用默認的初始容量和加載因子 public HashMap() {this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }// 指定初始容量，使用默認的加載因子 public HashMap(int initialCapacity) {this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }// 用現有的Map來構造一個新的HashMap public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;putMapEntries(m, false); }// 根據自定義的初始容量和加載因子來構造HashMap public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {if (initialCapacity < 0)throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +initialCapacity);if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) {initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;} else if (initialCapacity < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) {initialCapacity = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;}if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +loadFactor);threshold = initialCapacity;init(); }復制代碼

構造函數主要是設置HashMap的初始容量，以及擴容的加載因子。HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)構造函數根據已有的映射來構造新的HashMap，它同樣采用的默認的加載因子，并將m中的元素添加到新構造的HashMap中。

數據存放：

public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {putMapEntries(m, true); }final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {int s = m.size();if (s > 0) {if (table == null) { // pre-sizefloat ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);if (t > threshold)threshold = tableSizeFor(t);}else if (s > threshold)resize();for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {K key = e.getKey();V value = e.getValue();putVal(hash(key), key, value, false, evict);}} }復制代碼

putAll方法直接調用putMapEntries。putMapEntries方法中先根據已有的Map中的元素數量對新構造的HashMap進行擴容，然后遍歷舊的Map，取出元素存放到新的HashMap中。

// 存放key-value public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true); }// 根據key的hashCode來計算hash值 static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); }final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;// table為null的話，進行初始化if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;// 根據（n-1）&hash來計算出元素在數組中的位置iif ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)// 如果數組中該位置沒有元素，即tab[i]==null,則直接構建Node存放在該位置tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else { // tab[i]不為nullNode<K,V> e; K k;// 如果數組中已有的節點tab[i]與需要新存入的元素的key相同，則直接替換掉tab[i]if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;else if (p instanceof TreeNode)// 如果tab[i]為紅黑樹節點，則直接存入紅黑樹e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {// tab[i]為鏈表的第一個節點，遍歷鏈表，將新的節點加入到鏈表的末尾for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);// 如果鏈表的長度大于閾值，則將鏈表轉換為紅黑樹if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}// 如果鏈表中存在與新加入的元素key相同，則直接替換掉if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;// 添加完成后，檢查是否需要擴容if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null; }復制代碼

put方法的主要邏輯：根據添加節點的hash值計算計算它在數組中的位置i，判斷tab[i]是否為空，為空則直接加入；不為空的話，需要判斷該節點的key是否與新加入的節點的key相同，相同的話直接替換；如果不同則需要判斷tab[i]節點是否是紅黑樹節點，如果是紅黑樹節點，則直接加入到紅黑樹中；如果不是紅黑樹節點，那肯定就是鏈表的第一個節點了，遍歷鏈表，在遍歷的過程中還需要判斷是否與鏈表中已有節點的key相同，如果相同，同樣直接替換掉，都不同的話就直接添加到鏈表的末尾。并且呢，加入鏈表后還需要判斷鏈表的長度是否超過了閾值8，超過了的話，需要將鏈表轉換為紅黑樹。

HashMap在添加數據的時候，會判斷當前數據量是否超過設定的閾值，如果超過的話會進行擴容，在擴容過程中會將已添加的數據進行重新添加，以致原來添加元素的順序和位置都改變了，所以HashMap不能保證元素的存入取出順序。

刪除數據：

// 根據key刪除數據 public V remove(Object key) {Node<K,V> e;return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?null : e.value; }// 根據key-value刪除數據 @Override public boolean remove(Object key, Object value) {return removeNode(hash(key), key, value, true, true) != null; }// 刪除節點 final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,boolean matchValue, boolean movable) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;// 根據hash值得到數組索引位置的節點pif ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {Node<K,V> node = null, e; K k; V v;// p節點的key與需要刪除的節點的key相同的話，則說明p就是需要刪除的節點if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))node = p; // 賦值給nodeelse if ((e = p.next) != null) {if (p instanceof TreeNode)// p節點為紅黑樹節點，從紅黑樹中獲取匹配的刪除節點node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);else {// p節點為鏈表的第一個節點，遍歷鏈表，找到匹配的刪除節點do {if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key ||(key != null && key.equals(k)))) {node = e;break;}p = e;} while ((e = e.next) != null);}}// 匹配的刪除節點node不為null的話，刪除nodeif (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||(value != null && value.equals(v)))) {if (node instanceof TreeNode)// 從紅黑樹中刪除((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);else if (node == p)// 從數組中刪除tab[index] = node.next;else// 從鏈表中刪除p.next = node.next;++modCount;--size;afterNodeRemoval(node);return node;}}return null; }復制代碼

remove的邏輯和加入元素的邏輯相似，依次從數組、紅黑樹、鏈表中找到匹配的刪除節點來刪除。

clear方法：

public void clear() {Node<K,V>[] tab;modCount++;if ((tab = table) != null && size > 0) {size = 0;for (int i = 0; i < tab.length; ++i)tab[i] = null;} }復制代碼

clear方法要簡單些，直接遍歷數組tab，將數組中所有元素都置空即可。

最后

對于HashMap，我們只要知道了它的底層結構，要理解它的實現原理還是非常簡單。在JDK1.8之后，加入了紅黑樹的結構，使HashMap的效率比之前的版本又優化了很多，關于鏈表轉化為紅黑樹，以及紅黑樹轉鏈表的具體實現等細節后續再做分析。

《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java类集框架 —— HashMap源码分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。